Информационное письмо
Образец оформления статьи
Анкета автора
29.03.2017

Исследование загруженности частотного диапазона стандарта Wi-Fi в общественных местах города Якутска

Неустроев Никита Сергеевич
Физико-технический институт, Северо-Восточный федеральный университет им.М.К.Аммосова г. Якутск, Российская Федерация
Аннотация: В данной статье описывается состояние беспроводных сетей в общественных местах города Якутска. Исследуется загруженность каналов в области частот 2,4 ГГц. Приводятся рекомендации по снижении загруженности каналов.
Ключевые слова: Wi-Fi, помехи, Якутск, беспроводные сети
Электронная версия
Скачать (0.99 Mb)

Научный руководитель: Леонтьев Ньургун Анатольевич, к.т.н., доцент, Северо-Восточный федеральный университет им.М.К.Аммосова

Развитие телекоммуникационных систем и беспроводных сетей дает возможность пользователям с малыми затратами развернуть сеть цифровой передачи данных стандарта IEEE 802.11 разных категорий, или же говоря «сеть Wi-Fi». Данные устройства не подлежать регистрации в Роскомнадзоре при использовании внутри закрытых помещений, при ограничении мощности до 100 мВт. Стоимость оборудования составляет от 1000 руб. и почти не нуждается в настройке, скорость передачи данных от 54 Мбит/с до 600 Мбит/с, при применении четырех антенн [4].

В Республике Саха (Якутия) развитие волоконно-оптических сетей позволило получить доступ к широковещательной сети широкому кругу населения [1], применить технологии на основе радиосетей для доступа удаленных пунктов к широкополосному Интернету [2]. Чаще всего развитие сетей идет эволюционным и немного хаотичным способом, по финансовым возможностям, что приводит к большому и разнообразному способу обеспечение беспроводного доступа.

Существуют различные стандарты в семействе IEEE 802.11:

IEEE 802.11 — набор стандартов связи, для коммуникации в беспроводной локальной сетевой зоне частотных диапазонов 2,4; 3,6 и 5 ГГц. Наиболее известен по названию Wi-Fi.

802.11ac— самый последний стандарт беспроводной связи. Он может работать на частотах 5 ГГц и 2,4 ГГц. В теории скорость передачи данных посредством устройства может достичь 866,7 Мбит/с.

802.11n также работает с обеими частотами, но не одновременно. Теоретический показатель максимальной скорости: 150 Мбит/с.

802.11g ограничен совместимостью лишь с 2,4 ГГц и максимальной скоростью в 54 Мбит/с.

802.11b предлагает скорость до 11 Мбит/с в теории.

Существуют 14 каналов, в зависимости от страны, применяются от 11 до 14, в России используются 11 каналов. Расчет производиться по формулу F=2407 МГц+5 МГц*N, где N – номер каналов от 1 до 14. Ширина канала передачи составляет 22 МГц.

Для беспроводной Wi-Fi связи используется определенный диапазон частот, причем в зависимости от страны, этот диапазон может быть различным. В США используют 11 каналов, в РФ и Европе 13, а в Японии 14.

Каждый из каналов использует полосу шириной по 22 МГц. Из-за такой ширины канала мы имеем 3 неперекрывающихся канала, что является недостаточным при большом количестве радиооборудования. В реальности боковые полосы спектра частот не имеют идеального затухания, затухание составляет до -28 Дб на 20 МГц от несущей и до -45 Дб на 30 МГц, влияет на качество связи между соседними непрекрывающимися каналами.

Имеется два вида помех между устройствами Wi-Fi: внутриканальный и межканальный.

Внутриканальная помеха – это помеха, когда на одном частотном канале работает сразу несколько устройств. Это вызывает увеличение времени ожидания, так как возникает ситуация, когда вынуждены ждать освобождение канала. Устройства могут начать передачу одновременно, при этом возникает состязание и также коллизия, которая потребует прекращение передачи и вторичной попытки посылки пакета. Коллизия и метод состязаний вызывает падение производительности сети, от этого можно избавиться только введение внешней синхронизации или арбитража.

Работа сетей на соседних перекрывающихся каналах называется межканальными помехами. В этой ситуации некоторая часть их спектров перекрывается, что вызывает повышение шума в канале, устройства не могу правильно выделить такую помеху, при этом они будут пытаться передавать свои сигналы, считая передачу на соседнем канале обычным шумом.

Межканальные помехи оказывают большое влияние на производительность и скорость передачи, так как резко увеличивают уровень шума и даже при достаточной мощности передатчика, скорость работы и стабильность связи будут низкими из-за постоянной недоставки пакетов. Это происходит из-за попытки использовать двумя сетями на частичный общий частотный диапазон.

На прохождение радиоволн связи Wi-Fi могут влиять строительных материал помещения, из-за которых сделаны стены, потолки, перегородки. В основном здания сделаны из шлакоблоков, монолитного бетона, перегородки стеклянные или гипсокартонные. Самым большим коэффициентом затухания обладают железобетонные капитальные конструкции. Также возможно отражение радиоволн от стен и потолков.

Для мониторинга сетей используется различное программное обеспечение, например, «WManager» для операционных систем Windows и Android [3] или же бесплатное программное обеспечение с Google Playmarketa WiFi Анализатор от VREM Software Development, которая распространяется по лицензии GPLv3. Данная программа позволяет работать с смартфона, что очень удобно при измерениях в общественных местах.

Программа показывает уровень сигнала, номер канала, частоту и также высчитывает расстояние до источника сигнала, расчет ведется по уровню сигнала.

Были сделаны несколько десятков измерений в городе Якутске, наиболее характерные представлены ниже.

Кинотеатр Центральный расположен в центре города Якутска, здание старое, двухэтажное, два кинозала, большой и малый, в фойе имеются несколько киосков, количество арендаторов небольшое. 

Таблица 1 – Список каналов в кинотеатре Центральный

Название WIFI сети

Уровень сигнала, dBm

Канал

Частота, МГц

Дистанция, м

Moy_Wi-Fi

-33

6

2437

0.4

Osnovnoy

-61

11

2462

10.9

CINEMA_SERVICE

-72

3

2422

39.2

Keenetic-9621

-72

1

2412

39.4

Lenovo A369i

-72

1

2412

39.4

123456789

-73

4

2427

43.9

PHOTOCENTER

-73

10

2457

43.4

QBR-2041WW_f978

-80

1

2412

98.9

315-315A

-81

6

2437

109.8

wifi

-81

11

2462

108.7


Анализируя название сетей Wi-FI можно выявить несколько стационарных точек, это сети «Osnovnoy», «CINEMA_SERVICE» остальные сети принадлежать арендаторам, они имеют название стационарных точек (Keenetic) или же являются точкой доступа на смартфоне (Lenovo A369i) или же имеют нейтральные названия.

Торговый центр «Проспект» по адресу Курашова 6. Здание имеет 4 этажа, из них наибольшей плотностью радиоканалов обладает 2 этаж.

Таблица 2 – Список каналов в ТЦ Проспект

Название WIFI сети

Уровень сигнала, dBm

Канал

Частота, МГц

Дистанция, м

Keenetic-6317

-51

11

2462

3.4

Hot Wi-Fi

-55

1

2412

5.6

Butik 14

-59

7

2442

8.7

Keenetic-5910

-63

2

2417

13.9

RaifRinger

-65

1

2412

17.6

Keenetic-9989

-66

4

2427

19.6

snow owl

-67

9

2452

21.8

RIEKER

-70

5

2432

31

Boft

-71

10

2457

34.4

MTS424D-6D29

-71

10

2457

34.4

***

-74

1

2412

49.6

51

-74

6

2437

49.1

Keenetic-6988

-75

10

2457

54.6

777

-76

10

2457

61.2

Sinar

-77

1

2412

70

Tplink5dec98

-79

7

2442

87

Hot Wi-Fi

-82

7

2442

123

Hot Wi-Fi

-83

4

2427

138.8

В ходе анализа выясняется, что точки доступа в основном арендаторов, в качестве имени чаще всего пишут название торговой точки.

Торговый центр «ТРК Туймада» по адресу ул.Орджоникидзе 38, 2 этаж.

Таблица 3 – Список каналов в ТРК Туймада

Название WIFI сети

Уровень сигнала, dBm

Канал

Частота, МГц

Дистанция, м

Keenetic-6518

-45

4

2427

1.7

M.video_FREE

-45

5

2432

1.7

***

-46

5

2432

2

HP_Pro_Tablet_Dock 615

-46

6

2437

2

M.Video_WiFi_Apple

-47

6

2437

2.2

mio

-48

12

2467

2.4

PandoraTRK

-48

4

2427

2.5

DIRECT-

-49

6

2437

2.8

Mvideodg

-49

6

2437

2.8

DIRECT-9u-BRAVIA

-50

6

2437

3.1

M.Video_WiFi_Service

-50

6

2437

3.1

Missha

-50

11

2462

3.1

Yota

-50

11

2462

3.1

M.Video_WiFi_DEMO

-52

6

2437

3.9

M.Video_WiFi_DEMO

-52

4

2427

3.9

DIRECT-

-54

1

2412

5

M.Video_WiFi_Service

-54

4

2427

4.9

M.Video_WiFi_Apple

-55

4

2427

5.5

M.Video_WiFi_Service

-56

1

2412

6.2

M.Video_WiFi_Apple

-57

1

2412

7

M.Video_WiFi_DEMO

-57

1

2412

7

Egelge

-63

7

2442

13.8

DIRECT-

-64

1

2412

15.7

AndroidAP

-65

11

2462

17.2

M.Video_WiFi_DEMO

-65

1

2412

17.6

ZYXEL

-65

13

2472

17.2

B_XJ-0LzQsNC60LDRgNC10Lo

-66

11

2462

19.3

Nomination1

-67

10

2457

21.7

***

-68

6

2437

24.6

ZyXEL_KEENETIC_GIGA_D9E4D8

-70

10

2457

30.7

CLOCK

-72

1

2412

39.4

kids

-72

3

2422

39.2

Анализ данной таблицы показывает также точки доступа арендаторов, один из арендаторов имеет несколько сетей на разных каналах, но распределение каналов идет с перекрытием.

При анализе таблиц каналов видно, что арендаторы часто ставят дополнительные Wi-Fi точки для собственных нужд, отсутствует централизованная система обеспечения доступа к беспроводным сетям. 

Рисунок 1 – Графики каналов в общественных местах

Рисунок 1 – Графики каналов в общественных местах

На рисунке 1 приведены графики каналов в исследованных местах, тут наглядно видно, что частотный диапазон в области частот 2,4 ГГц в больших торговых центрах перегружен. Пользователи имеют устойчивую и быструю связь только вблизи от точки доступа, на отдалении скорость работы резко падает и связь становится неустойчивой.

Для уменьшения загруженности каналов и более комфортной работы необходимо создавать централизованную беспроводную сеть для упорядочивания частотного канала.

Список литературы:

1. Леонтьев Н.А., Протопопова В.Ф. Проблема доступа к широкополосному интернету в условиях Якутии // Форум молодых ученых. 2017. №1 (5). С. 329-331.

2. Леонтьев Н.А., Протодьяконова А.А. Летний радиоретранслятор с автономным питанием для сельской местности Якутии // Успехи современной науки. 2017. Т. 4. №1. С. 93-95.

3. Скафенко О.Н. WI-FI как система беспроводной передачи информации // Педагогическое образование на Алтае. 2015. № 2. С. 49-52.

4. Стрельников А.Ю., Страмоусова С.А. Технология беспроводной передачи данных WI-FI // Молодой ученый. 2016. № 9-4 (113). С. 67-69.